Билет №10: Моделирование как метод познания. Методы и технология моделирования.

Под моделирование понимается процесс построения, изучения и применения моделей. Оно тесно связано с такими категориями, как абстракция, аналогия, гипотеза и др. Процесс моделирования обязательно включает и построение абстракций, и умозаключения по аналогии, и конструирование научных гипотез.

Главная особенность моделирования в том, что это метод опосредованного познания с помощью объектов-заместителей. Модель выступает как своеобразный инструмент познания, который исследователь ставит между собой и объектом и с помощью которого изучает интересующий его объект. Именно эта особенность метода моделирования определяет специфические формы использования абстракций, аналогий, гипотез, других категорий и методов познания.

Необходимость использования метода моделирования определяется тем, что многие объекты (или проблемы, относящиеся к этим объектам) непосредственно исследовать или вовсе невозможно, или же это исследование требует много времени и средств.

Процесс моделирования включает три элемента: 1) субъект (исследователь), 2) объект исследования, 3) модель, опосредствующую отношения познающего субъекта и познаваемого объекта.

Методы моделирования:

Математическое моделирование – наиболее обширный раздел моделирования. Метод не требует больших затрат на проведение (например, как физическое или натурное моделирование), а с ростом производительности ЭВМ проведение расчетов перестало занимать много времени. Особо популярным становится имитационное моделирование:

· Линейное программирование (Метод наиболее прост для использования, но при этом значительно расширяет возможности руководителя для принятия решений. Для постановки задачи задается система уравнений: одно целевое (минимум или максимум) и ряд ограничений. Например – требуется максимизировать прибыль, при ограничениях на рабочее время станков).

· Нелинейное программирование (Нелинейное программирование применяется, когда зависимости между величинами нельзя выразить линейно. Примером может служить тот случай, когда на предприятии в течение ряда лет прирост выпуска продукции отстает от роста затрат труда, тогда как темпы роста количества отходов его обгоняют. Также примером является фирма, которая должна оплатить счет за электроэнергию в случае, когда расчеты ведутся по нелинейной формуле, учитывающей как среднесуточный расход, так и «пиковую» потребность в энергии. В данном случае фирма получает сведения о нелинейном характере затрат из договора о ставках оплаты, заключенного с компанией, обеспечивающей энергоснабжение.)

· Сетевые задачи(Сетевые задачи – частный случай задач линейного программирования. Для описания модели используется граф. Пример – транспортная задача)

· Вероятностные оптимизационные модели(Метод, учитывающий вероятностную компоненту. Включает в себя вероятностные модели управления запасами и системы массового обслуживания.)

· Целочисленное программирование(Значительное число оптимизационных задач имеют ограничение в целочисленном решении. Для их решения нужны особые алгоритмы.)

· Имитационное моделирование (Применяется на ЭВМ. Стали широко распространены с ростом мощностей ЭВМ. Учитывая скорость расчетов могут решать задачи практически любой сложности).

Физическое моделирование.

В физическое моделировании производятся опыты над физически подобным, но значительно меньшим объемом продукции. Например, методы физического моделирования позволяют сталеплавильщику смоделировать работу установки в лабораторных условиях, чтобы определить оптимальные рабочие параметры и применить их затем в производственном процессе. Преимущества очевидны: сталеплавильщик определяет, как подстроить установку, не выводя ее из производства, экономит деньги на материалах, проводя 10 или более «микроплавок» в день (на всего нескольких унциях стали), чтобы создать модели, устранить проблемы и разработать наиболее эффективные методы работы.

Аналогично можно изучить и другие процессы в производстве затратив минимальное количество ресурсов. Зачастую это проще и дешевле, чем моделировать математические или полноразмерные натурные модели.

Натурное моделирование.

Под натурным моделированием имеется ввиду создание полноразмерных моделей исследуемого объекта или процесса. Это различные стадии прототипирования с необходимой на данном этапе степенью точности и тестовые партии. Метод позволяет выявить недостатки проектирования на ранних этапах.

Рабочие прототипы изделий (особенно сложных устройств) при отсутствии специализированной оснастки, деталей могут быть очень дороги – в десятки раз превышать стоимость серийного образца.

Также в метод включаются модели процессов – например, действий рабочего для производства детали.